新建道路工程穿越既有軌道交通設施的安全評價與控制

郭立波

(北京市建設工程質(zhì)量第三檢測所有限責任公司，北京 100037)

1 引 言

在我國，大中城市的道路工程仍處于建設和改造的階段。新建道路工程與既有城市軌道交通設施存在大量鄰近與穿跨越節(jié)點，新建工程施工過程中，由于開挖卸荷-加載作用，原隧道結(jié)構(gòu)的承載系統(tǒng)改變，造成結(jié)構(gòu)附加變形，有時可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的開裂，導致了結(jié)構(gòu)的承載能力下降；于此同時，地下水通過開裂的結(jié)構(gòu)侵入，造成了鋼筋、螺栓等的銹蝕，混凝土結(jié)構(gòu)力學性質(zhì)持續(xù)惡化，嚴重威脅隧道結(jié)構(gòu)的運營安全。

本文以某道路工程為背景，對地鐵隧道、軌道結(jié)構(gòu)進行施工安全評估，為道路施工方案的制定、道路施工管理和結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測提供合理建議。

2 安全性影響評估

2.1 風險點變形

根據(jù)新建道路與管線與既有地鐵線路的相對位置關(guān)系，劃分以下安全風險點。

根據(jù)新建工程的施工步驟，選用Midas GTS NX及ANSYS軟件按最不利情況將工程施工進行分階段計算。

2.2 評估結(jié)果與建議

根據(jù)對風險點的分析施工會對既有地鐵車站及區(qū)間產(chǎn)生一定的附加變形，附加變形值在運營安全允許范圍之內(nèi)。正常施工條件下，采取一定的監(jiān)測和軌道防護措施，能確保地鐵列車安全運營。

(1)施工建議

①施工前應進一步對地鐵結(jié)構(gòu)進行物探，查明既有結(jié)構(gòu)圍護樁、盾構(gòu)井等構(gòu)筑物實際位置，充分考慮其給施工帶來的不利影響。管線開槽如需要采取破除原施工圍護結(jié)構(gòu)，應采用靜力破除方式，減小對既有機構(gòu)影響。

②隨路管線施工過程中，應按照跳槽開挖方式施工，同時，應盡快回填，減少管線溝槽暴露時間，盡量降低對既有線的影響。

③上跨車站附屬部分管線與車站主體及附屬頂板距離較近，施工時不得采用大型機械開槽施工，并嚴格控制開挖尺寸。

④出入口附加施工時應該考慮到對地鐵客流的影響，提前做好圍擋與客流疏導工作。

⑤橋梁施工過程中，需對鄰近地鐵側(cè)樁基采取可靠的防塌孔措施，樁成孔過程保證清孔質(zhì)量，減少樁底沉渣量，減少后續(xù)上部結(jié)構(gòu)加載產(chǎn)生樁的沉降變形。

⑥嚴格按信息化施工原則進行施工管理，充分利用監(jiān)測量控信息指導施工，嚴格按照設計方案、施工工藝及工序進行，不得任意省略。

(2)監(jiān)測建議

根據(jù)安全評估結(jié)果，掌握軌道交通可能產(chǎn)生的變形大，綜合考慮施工、列車振動對軌道結(jié)構(gòu)的影響以及地方規(guī)范要求，依據(jù)現(xiàn)有常規(guī)測量儀器的監(jiān)測精度，確定變形控制值。

3 既有地鐵現(xiàn)狀檢測技術(shù)與結(jié)果

3.1 分級檢測內(nèi)容

結(jié)合穿越工程評估分析及風險分級的判定，合理確定既有軌道交通結(jié)構(gòu)的檢測范圍和檢測內(nèi)容。在對影響區(qū)域內(nèi)的既有車站、區(qū)間以及其附屬結(jié)構(gòu)(如出入口、風道、應急疏散通道等)進行系統(tǒng)調(diào)查檢測的同時，實現(xiàn)資源的合理優(yōu)化配置、工程成本的有效控制，具體檢測內(nèi)容如表1。

3.2 檢測技術(shù)

(1)結(jié)構(gòu)混凝土外觀調(diào)查

混凝土構(gòu)件外觀檢測的主要內(nèi)容為水跡、銹跡、鋼筋銹蝕、保護層脫落等。

(2)結(jié)構(gòu)混凝土裂縫檢測

檢測時采用裂縫寬度儀檢測裂縫寬度，對大于0.05 mm的結(jié)構(gòu)裂縫以及大于2 mm的道床裂縫采用卷尺量測裂縫的長度，采用非金屬超聲波儀檢測裂縫深度，記錄并描繪出裂縫的位置及分布走向。

表1 分級檢測項目

(3)結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測

利用回彈法對混凝土構(gòu)件的混凝土強度進行抽樣測試。均勻分布測區(qū)范圍內(nèi)的測點，兩點之間的凈距大于等于20 mm；測點要設置在距外露鋼筋、預埋件30 mm以外。

(4)結(jié)構(gòu)混凝土碳化深度檢測

每一測區(qū)測量碳化深度值，每個測區(qū)不少于3次，取其平均值。

(5)結(jié)構(gòu)混凝土保護層厚度檢測

采用鋼筋測試儀對結(jié)構(gòu)實體進行檢測，如果已知鋼筋直徑，在檢測鋼筋保護層厚度之前應該預置鋼筋直徑；如果未知鋼筋直徑，可以在檢測鋼筋直徑的同時檢測鋼筋保護層厚度。

(6)結(jié)構(gòu)混凝土鋼筋銹蝕狀況檢測

對鋼筋銹蝕嚴重、保護層脹裂處的鋼筋銹蝕情況，采用測量鋼筋剩余截面面積的方法，確定鋼筋的截面損失率；對已經(jīng)開始銹蝕、混凝土尚未開裂的鋼筋，采用自然電位法檢測評價其銹蝕狀況。

4 穿越既有軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)

4.1 分級監(jiān)測措施

根據(jù)既有軌道交通線路的敷設形式，將穿越工程分為三種類型：穿越既有軌道交通隧道、橋梁以及路基，包括自動化實時監(jiān)測和人工監(jiān)測。

穿越工程對已有軌道交通結(jié)構(gòu)及變形的監(jiān)測與一般的監(jiān)測項目是不同的，城市軌道交通的運營時間為白天，只有夜間短時間停運，且穿越工程會受到列車振動的干擾，如果僅僅是在軌道交通夜間短時間停運后進行檢測，這就難以保證已有軌道交通的運營安全，因此，需要根據(jù)穿越工程風險等級大小，針對已有軌道交通采取經(jīng)濟合理有效的監(jiān)測措施，必要時可以實施全天候的監(jiān)測。根據(jù)判定的分險等級，采取相應的監(jiān)測措施。見表2。

表2 不同等級的監(jiān)測措施

監(jiān)測主要內(nèi)容如表3所示。

表3 監(jiān)測內(nèi)容

4.2 測點布設和監(jiān)測方法

(1)自動化監(jiān)測：在主要影響范圍內(nèi)沿線路方向每5～15 m布設一個斷面，在變形縫處應增設斷面，在每個斷面上安排2個測點，這樣就形成了沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r傳輸?shù)膫鞲芯W(wǎng)。針對不同的風險等級，監(jiān)測布點的間距應有所不同，例如要監(jiān)測區(qū)間隧道變形，針對特級/一級/二級風險點，每5 m/10 m/15 m布設一個監(jiān)測斷面。每20～60 min采集一組數(shù)據(jù)。

(2)人工監(jiān)測：在主要影響范圍內(nèi)沿線路方向每10～20 m布設一個斷面，在變形縫處增設1個斷面，針對每個斷面，需要在隧道兩側(cè)結(jié)構(gòu)的側(cè)墻上布設一個監(jiān)測點。監(jiān)測布點應根據(jù)不同的分險等級采用不同的間距。

4.3 監(jiān)測預警

可以根據(jù)觀測數(shù)值與預警值、警戒值比較結(jié)果來判斷監(jiān)測報告中的變形是否超限。宜采用三級管理制度。

表4 三級管理制度

5 結(jié) 論

(1)隨著我國城市化建設進程的逐步加快，新工程建設與已有工程的之間的相互作用、 影響不斷突出，對鄰近及穿越已有地鐵隧道的工程進行施工，必須在保證本身工程變形安全的同時，要保證對鄰近既有地鐵隧道的影響是在安全合理的范圍之內(nèi)。

(2)選用Midas GTS NX及ANSYS軟件，模擬分析工程施工對既有地鐵車站及區(qū)間結(jié)構(gòu)的影響。道路與管線工程施工引發(fā)的既有地鐵結(jié)構(gòu)附加變形值在運營安全允許范圍之內(nèi)，正常施工條件下，采取一定的監(jiān)測和軌道防護措施，可以確保地鐵列車運行安全。

(3)利用無損檢測技術(shù)與設備對施工影響范圍捏的地鐵結(jié)構(gòu)進行工前檢測，檢測范圍內(nèi)主體結(jié)構(gòu)完整無損，建筑限界滿足控制要求。扣件各零部件均完好，軌枕基本完好。軌道上行線、下行線及道岔內(nèi)、外軌軌面高程變化趨勢一致。上下行線線路較平順。

(4)施工過程中地鐵結(jié)構(gòu)采用自動化和人工相結(jié)合的方式進行監(jiān)測，并采用三級管理制度對結(jié)構(gòu)變形進行預警、報警等相應控制措施，確保地鐵既有結(jié)構(gòu)的運行安全。